JP2724028B2

JP2724028B2 - 冷媒自然循環式冷房システム

Info

Publication number: JP2724028B2
Application number: JP14464790A
Authority: JP
Inventors: 望楠本; 良則井上; 義隆佐々木; 修史杉浦; 研介徳永; 正司相田
Original assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Current assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Priority date: 1990-06-01
Filing date: 1990-06-01
Publication date: 1998-03-09
Anticipated expiration: 2013-03-09
Also published as: JPH0439545A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本発明は、熱源側となる凝縮器と利用側となる蒸発器
とを冷媒液配管および冷媒蒸気配管を介して連通接続
し、凝縮器と蒸発器と冷媒液配管および冷媒蒸気配管と
にわたって密閉状態で冷媒を循環流動するように構成
し、かつ、冷媒として、蒸発器での熱交換に伴って液体
から蒸気に相変化する冷媒を使用するとともに、凝縮器
と蒸発器との間に、液体に相変化した冷媒を蒸発器に移
送するに足るヘッド差を備え、冷媒液配管の蒸発器への
入口箇所に、ダイアフラムの内室と外室との圧力差に応
答して作動する流量制御弁を設けるとともに、冷媒蒸気
配管の蒸発器からの出口箇所に、冷媒温度を伝熱によっ
て感知する感温筒を付設し、感温筒と内室とを連通接続
するとともに、外室に均圧用冷媒を流入するように構成
した冷媒自然循環式冷房システムに関する。

＜従来の技術＞上述システムにおいて、感温筒での冷媒温度を圧力に
変換してダイアフラムの内室に伝達する構成としては、
感温筒内に少量の飽和度を残したガスを充填した、いわ
ゆるガスチャージ方式の場合に、ダイアフラムの外室側
に流入する均圧用冷媒の温度が感温筒が感知する冷媒温
度よりも低いため、作動液が感温部より蒸発してダイア
フラム側に溜まってしまうこととなって使用できないた
め、従来一般に、感温筒内にフロン液（例えば、Ｒ−2
2）を充満し、自由液面の動きによってダイアフラムを
作動する、いわゆる液チャージ方式が採用されている。

＜発明が解決しようとする課題＞しかしながら、液チャージ方式は、第４図（ｂ）の特
性曲線のグラフに示すように、温度の変化に対する圧力
の変化が大きくて感度が敏感であり、流量制御弁におい
て、その開度を急激に変化するため、ハンチングを生じ
やすくて不測にリキッドバックを発生し、冷房運転が不
能状態に陥る欠点があった。なお、グラフにおいて、ｂ
は、フロン液Ｒ−22の飽和曲線を示し、Ｂは、感温筒温
度０℃において５℃の過熱度（二次側圧力として3.3kgf
/cm²）を持たせた場合の特性曲線を示している。

また、複数階それぞれに蒸発器を設ける場合には、冷
媒液配管中の冷媒液の重量によって蒸発器入口にかかる
圧力に差があるため、その圧力差にかかわらず、上述の
ようなリキッドバックを回避しようとすると、例えば、
上方側の階よりも下方側の階における圧力差の方が大き
くなるように、蒸発器内の冷媒配管の管径を調節して管
路抵抗を変えるとか、流量制御弁の定常状態時の絞り度
合いを調整するなど、各蒸発器毎に、その入口と出口と
の間で設定すべき圧力差を調整しなければならず、手間
を要する欠点があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであ
って、流量制御弁のハンチングを抑えてリキッドバック
を良好に回避できるようにするとともに、過熱度や冷媒
の蒸発温度の調整に伴う感度の調整をシステムに応じて
容易に調整できるようにすることを目的とする。

＜課題を解決するための手段＞本発明は、上述のような目的を達成するために、請求
項第（１）項の発明として、冒頭に記載した冷媒自然循
環式冷房システムにおいて、感温筒内に、ガス吸着能を
有するとともに温度変化に応じてガス吸着量が比較的に
変化する活性炭素材を充填し、かつ、雰囲気温度で凝縮
しないガスを封入して構成する。

また、請求項第（２）項の発明として、上記請求項第
（１）項の発明に係る冷媒自然循環式冷房システムにお
いて、利用側となる蒸発器の複数個を互いに高さを異な
らせて設けて構成する。

＜作用＞請求項第（１）項の発明に係る冷媒自然循環式冷房シ
ステムの構成によれば、蒸発器からの出口での冷媒温度
を、感温筒から活性炭素材を介してガスに伝達するため
に、感度を抑えることができる。

また、活性炭素材の充填率を変えることにより、その
感温筒の感知温度の変化に対する圧力の変化の度合いを
変え、過熱度や冷媒の蒸発温度を調整するに伴って感度
を調整することができる。また、リニアーな特性を発揮
できる。

また、請求項第（２）項の発明に係る冷媒自然循環式
冷房システムの構成によれば、感温筒に充填する活性炭
素材の充填率を調整することによって、複数個の蒸発器
それぞれでの感度を調整することができる。

＜実施例＞次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は、１ブロック方式に構成した冷媒自然循環式
冷房システムの実施例を示す全体システム構成図であ
り、１は、ビルの屋上などに設置される熱源側となる凝
縮器を示し、この凝縮器１に熱源からの冷水や氷スラリ
ーなどを供給するようになっている。

ビルの各階の各部屋それぞれなどに、送風ファン２と
利用側となる蒸発器３を備えた個別空気調和機４が設け
られている。

前記凝縮器１と蒸発器３…それぞれとが、受液器５と
気液分離部としての気液分離器６を介装した冷媒液配管
7aと冷媒蒸気配管7bとを介して連通接続され、そして、
凝縮器１、蒸発器３…、冷媒液配管7aおよび冷媒蒸気配
管7bにわたり、蒸発器３での熱交換に伴って液体から蒸
気に相変化するとともに、凝縮器１での凝縮により蒸気
から液体に相変化する冷媒が密閉状態で封入されてい
る。

受液器５は、蒸発器３…それぞれよりも高い位置に設
置され、凝縮器１での凝縮により蒸気から液体に相変化
された冷媒が蒸発器３に流下供給されるとともに、蒸発
器３での熱交換に伴って液体から蒸気に相変化された冷
媒が上昇して凝縮器１に戻されるに足るヘッド差が備え
られ、冷房運転に際して、蒸気と液体との相変化によ
り、冷媒が凝縮器１と蒸発器３との間で自然的に循環流
動するように構成されている。

前記冷媒としてはフロンガスＲ−22が用いられる。こ
のフロンガスＲ−22は、水素、塩素を含んでいて対流圏
に分解するために、オゾン層を破壊する虞の無い利点を
有している。

冷媒液配管7aの蒸発器３…それぞれへの入口箇所に
は、冷媒液流入量を調節する流量制御弁８と、冷媒液流
入を阻止する電磁開閉弁９とが設けられている。

冷媒蒸気配管7bの蒸発器３…それぞれからの出口箇所
に、冷媒蒸気の温度を感知する感温筒10が設けられ、そ
の感温筒10と流量制御弁８とが接続されている。

流量制御弁８は、第２図の縦断面図に示すように、弁
箱11内に形成した連通路12の途中箇所に開度を調整する
弁体13が設けられるとともに、その弁体13に圧縮コイル
スプリング14が付設されて弁体13を閉じ側に移動するよ
うに付勢されて構成されている。

弁箱11の上部にダイアフラム15によって仕切られた内
室16と外室17とが形成され、前記ダイアフラム15と弁体
13とが弁棒18を介して連動連結されている。

ダイアフラム15の内室16と、感温筒10の内部空間とが
連通接続され、一方、ダイアフラム15の外室17と、連通
路12の弁体13よりも下流側の箇所とが、均圧孔19を介し
て連通接続されている。

感温筒10内には、ガス吸着能を有する活性炭素材20が
充填されるとともに、窒素ガスなどの不活性ガスが封入
され、冷媒蒸気配管7bを介して冷媒温度を感知するに伴
い、その感知温度に応じてガス吸着量が変化し、それに
伴って、ダイアフラム15の内室16に加えられる圧力が変
化し、その内室16の圧力にダイアフラム15の有効面積を
乗じた値と、外室17の圧力にダイアフラム15の有効面積
を乗じた値と圧縮コイルスプリング14による圧縮荷重と
を加算した値とが互いにバランスするようにダイアフラ
ム15を変位し、それによって弁体13の開度を自動的に調
整できるように構成されている。

図中21はシールキャップを、そして、22は、圧縮コイ
ルスプリング14の付勢力を調節するスピンドルをそれぞ
れ示している。

前記電磁開閉弁９は、冷房運転の停止状態では閉じら
れ、冷房運転開始に伴う送風ファン２の駆動に連動して
開かれるようになっている。また、この電磁開閉弁９
は、冷房運転状態にあっては、蒸発器３の戻り空気の温
度を測定する室温センサと設定室温との比較によって自
動的に開閉制御され、それにより室内温度を設定範囲内
に維持するように構成される。

感温筒10内に封入するガスとしては、窒素ガスに限ら
ず、例えば、ネオンガスやアルゴンガスといった不活性
ガスや、凝縮液化する温度が使用温度よりも低いガスな
ど、要するに、雰囲気温度によって凝縮液化しないガス
であれば良い。

次に、内部に充填する活性炭素材20の割合、即ち、活
性炭充填率を異ならせた二種類の実施例品の感温筒と、
活性炭素材を何も充填しない比較例品の感温筒それぞれ
を用いて行った空気特性および時定数特性それぞれの性
能比較試験について説明する。

先ず、試験体について説明する。

第１実施例品A1 外径が12.7mmで長さが80mmの感温筒内にベンゼン吸着
力が43〜46％の活性炭を、内容積の85〜95％を占めるよ
うに充填するとともに窒素ガスを封入した。

第２実施例品A2 外径が9.53mmで長さが80mmの感温筒内にベンゼン吸着
力が43〜46％の活性炭を、内容積の75〜85％を占めるよ
うに充填するとともに窒素ガスを封入した。

比較例品Ｂ外径が16mmで長さが76mmの感温筒内にフロン液Ｒ−22
を入れた。

［空気特性］試験方法としては、第３図の概略構成図に示すような
装置を用いて行った。

すなわち、流量制御弁８の入口側に、減圧弁21と第１
の電磁開閉弁22とを介装した給気管23が接続され、一
方、出口側に容積１のボンベ24と第２の電磁開閉弁25
とが介装されるとともに先端にオリフィス26が付設され
た排気管27が接続されている。

給気管23の減圧弁21と第１の電磁開閉弁22との間に第
１の圧力計28が付設され、一方、排気管27のボンベ24と
第２の電磁開閉弁25との間に第２の圧力計29が付設され
ている。

そして、感温筒10が恒温槽30内に収容されている。

このような条件の下、第１の圧力計28で計測される圧
力が14kgf/cm²になるように減圧弁21で調整し、第１お
よび第２の電磁開閉弁22,25を開き、オリフィス26から
逃がす状態で、恒温槽30内の温度を１℃づつ変化させる
とともに、それぞれの温度に10分間づつ維持し、第２の
圧力計29で二次側圧力を計測し、恒温槽30の温度、すな
わち、感温筒10の温度を横軸に、そして、二次側圧力を
縦軸にしてプロットしたところ、第４図（ａ）のグラフ
に示す特性曲線A1,A2、ならびに、第４図（ｂ）のグラ
フに示す特性曲線Ｂが得られた。

また、第１および第２実施例品A1,A2、ならびに、比
較例品それぞれにつき、恒温槽30の温度を０℃と10℃に
変えて、その二次側圧力の差Δｐを求めたところ、表に
示す結果を得た。

［時定数特性］前述した試験装置を用い、第１および第２実施例品A
1,A2、ならびに、比較例品それぞれにつき、恒温槽30と
して、−10℃のものと＋５℃のものとに相互に変え、恒
温槽30を変化させた時点から、計測された二次側圧力が
安定するまで、１秒おきに第２の圧力計29により二次側
圧力を計測し、第５図の時定数特性の試験手法の説明図
に示すように、二次側圧力の全変化幅の63.2％まで上昇
側に変化するまでの時間（Tu）を上昇時の時定数とし
て、また、下降側に変化するまでの時間（Td）を下降時
の時定数としてそれぞれ求めたところ、前述の表に示す
結果を得た。

これらの結果から、第１および第２実施例品A1,A2の
いずれも、比較例品Ｂに比べて感知温度の変化に対する
圧力の変化が小さく、しかも、感知温度の上昇側変化お
よび下降側変化のいずれに対しても、応答時間が遅く、
感度を抑えることができていることが明らかである。

また、感温槽10内に充填する活性炭素材20の充填率を
調整することによって感度を調整することができ、適
宜、所望感度の流量制御弁に構成できる利点を有してい
る。そのため、上下方向に多数の蒸発器３を設けて冷媒
自然循環式冷房システムを構築する場合に、例えば、最
上部の蒸発器３では、その入口と出口との間で0.5kgf/c
m²の圧力差を持たせるのに対して、最下部の蒸発器３で
は、3.0kgf/cm²の圧力差を持たせなければならないとい
ったような場合に容易に対応できる。

本発明としては、上述のような１ブロック方式の冷媒
自然循環式冷房システムに限らず、３ブロック方式の冷
媒自然循環式冷房システムにも適用できる。

すなわち、第６図に示すように、二階分づつの蒸発器
３…それぞれを１ブロックとして３ブロックに区画され
るとともに、受液器５からの冷媒液配管7bが各ブロック
に対応した分岐冷媒液配管7A,7B,7Cそれぞれを介して蒸
発器３…に連通接続されている。

各分岐冷媒液配管7A,7B,7Cそれぞれに電磁開閉弁31A,
31B,31Cが介装され、各分岐冷媒液配管7A,7B,7Cそれぞ
れ内の冷媒流量が、それに連通接続されている最上部の
蒸発器３よりも高い位置になって各蒸発器３に冷媒液を
流下供給するに足る所定のヘッド差を有するように調整
できるように構成されている。

上記実施例では、蒸発器３を多数設けているが、本発
明としては、例えば、蒸発器３を１個設け、その蒸発器
３で得られる冷風をダクトを介して各部屋などに分配供
給するように構成する場合にも適用できる。

＜発明の効果＞請求項第（１）項の発明に係る冷媒自然循環式冷房シ
ステムによれば、感温筒による感知温度の変化に伴って
ダイアフラムを作動する感度を抑えることができるか
ら、流量制御弁に対する開度の急激な変化を回避でき、
ハンチングを抑えてリキッドバックが不測に発生するこ
とを回避でき、冷房運転を良好に継続できるようになっ
た。

また、システムに応じての過熱度や冷媒の蒸発温度の
調整に伴う感度調整を、活性炭素材の充填率を変えるだ
けで容易に行うことができるようになった。

また、請求項第（２）項の発明に係る冷媒自然循環式
冷房システムによれば、複数個の蒸発器毎の入口と出口
間での圧力差の調整を、活性炭素材の充填率を変えるだ
けで容易に行うことができ、蒸発器や流量制御弁として
同一仕様のものを用い、簡単かつ安価に冷媒自然循環式
冷房システムを構築できるようになった。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明に係る冷媒自然循環式冷房システムの実
施例を示し、第１図は、１ブロック方式の実施例の全体
システム構成図、第２図は、流量制御弁の縦断面図、第
３図は、空気特性および時定数特性の試験装置の概略構
成図、第４図は、感温筒温度と二次側圧力との関係を示
す特性曲線図、第５図は、時定数特性の試験手法の説明
図、第６図は、３ブロック方式の実施例の全体システム
構成図である。１……凝縮器３……蒸発器 7a……冷媒液配管 7b……冷媒蒸気配管８……流量制御弁 10……感温筒 15……ダイアフラム 16……内室 17……外室 20……活性炭素材

フロントページの続き (72)発明者佐々木義隆大阪府大阪市中央区本町４丁目１番13号株式会社竹中工務店大阪本店内 (72)発明者杉浦修史大阪府大阪市中央区本町４丁目１番13号株式会社竹中工務店大阪本店内 (72)発明者徳永研介大阪府大阪市中央区本町４丁目１番13号株式会社竹中工務店大阪本店内 (72)発明者相田正司埼玉県入間市小谷田１―12―43 株式会社鷺宮製作所豊岡事業所内 (56)参考文献特開平１−121641（ＪＰ，Ａ) 特開平２−89940（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】熱源側となる凝縮器と利用側となる蒸発器
とを冷媒液配管および冷媒蒸気配管を介して連通接続
し、前記凝縮器と前記蒸発器と前記冷媒液配管および前
記冷媒蒸気配管とにわたって密閉状態で冷媒を循環流動
するように構成し、かつ、前記冷媒として、前記蒸発器
での熱交換に伴って液体から蒸気に相変化する冷媒を使
用するとともに、前記凝縮器と前記蒸発器との間に、液
体に相変化した冷媒を前記蒸発器に移送するに足るヘッ
ド差を備え、前記冷媒液配管の前記蒸発器への入口箇所
に、ダイアフラムの内室と外室との圧力差に応答して作
動する流量制御弁を設けるとともに、前記冷媒蒸気配管
の前記蒸発器からの出口箇所に、冷媒温度を伝熱によっ
て感知する感温筒を付設し、前記感温筒と前記内室とを
連通接続するとともに、前記外室に均圧用冷媒を流入す
るように構成した冷媒自然循環式冷房システムにおい
て、前記感温筒内に、ガス吸着能を有するとともに温度変化
に応じてガス吸着量が比例的に変化する活性炭素材を充
填し、かつ、雰囲気温度で凝縮しないガスを封入したこ
とを特徴とする冷媒自然循環式冷房システム。
【請求項２】請求項第（１）項に記載の冷媒自然循環式
冷房システムにおいて、利用側となる蒸発器の複数個を
互いに高さを異ならせて設けてある冷媒自然循環式冷房
システム。